人體具有一項(xiàng)非凡的能力，通過(guò)產(chǎn)生促進(jìn)血液凝固的血小板來(lái)應(yīng)對(duì)損傷。這個(gè)復(fù)雜的過(guò)程由巨核細(xì)胞領(lǐng)導(dǎo)，而巨核細(xì)胞存在于我們骨骼內(nèi)的骨髓中。然而，血小板的自然生產(chǎn)無(wú)法滿足數(shù)百萬(wàn)血液病、病毒感染或化療患者所需的輸血需求。
 

如今，血小板的主要來(lái)源是健康的捐獻(xiàn)者。然而，對(duì)血小板單位的需求不斷增加，再加上其約五天的短暫保質(zhì)期，經(jīng)常導(dǎo)致血小板供應(yīng)短缺。這種短缺會(huì)導(dǎo)致并發(fā)癥，尤其是在捐贈(zèng)率較低的時(shí)期，如夏季，或在流行病等公共衛(wèi)生緊急情況下。盡管選擇最佳治療方案具有挑戰(zhàn)性，但藥理學(xué)治療方案可能是一個(gè)有價(jià)值的替代方案。

將絲綢與生物打印相結(jié)合，重現(xiàn)人類骨髓環(huán)境
 

Alessandra Balduini教授，帕維亞大學(xué)
 

帕維亞大學(xué)的Alessandra Balduini教授及其團(tuán)隊(duì)正通過(guò)啟動(dòng)EIC Transition SILKink項(xiàng)目來(lái)迎接這一挑戰(zhàn)。該項(xiàng)目旨在生產(chǎn)一個(gè)突破性平臺(tái)，結(jié)合了天然絲和3D生物打印技術(shù)，以重現(xiàn)人類骨髓中產(chǎn)生血小板的環(huán)境。研究人員認(rèn)為，他們可以對(duì)實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)的巨核細(xì)胞進(jìn)行編程，使其模擬在人體內(nèi)的環(huán)境，并為直接在患者的巨核細(xì)胞上進(jìn)行新療法的離體篩選提供一個(gè)敏感的系統(tǒng)。這將有助于選擇最佳治療方案，最終改善臨床護(hù)理。

該項(xiàng)目由意大利帕維亞大學(xué)牽頭，與CELLINK生物打印公司合作。合作伙伴Catalyze Group將利用其商業(yè)專業(yè)知識(shí)為SILKink制定最佳的市場(chǎng)準(zhǔn)入戰(zhàn)略。

制作一種可以模仿骨髓柔軟度的功能化生物墨水
在過(guò)去的15年中，Alessandra一直致力于研究人類骨髓中血小板產(chǎn)生的機(jī)制，以及與血小板和凝血過(guò)程相關(guān)的人類疾病的臨床方面。她的團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一個(gè)早期的絲骨髓3D模型，作為該項(xiàng)目的基礎(chǔ)和起點(diǎn)。盡管現(xiàn)有的模型在功能上是有效的，但它缺乏適當(dāng)?shù)膭偠�。該團(tuán)隊(duì)的目標(biāo)是將該模型標(biāo)準(zhǔn)化，以便用于藥物測(cè)試應(yīng)用和個(gè)性化藥物研究。

亞歷山德拉的團(tuán)隊(duì)轉(zhuǎn)向生物打印來(lái)解決這些挑戰(zhàn)。在進(jìn)行任何打印之前，該團(tuán)隊(duì)首先需要識(shí)別和開(kāi)發(fā)一種適用于制作骨髓模型的生物墨水。生物墨水必須足夠柔軟，以模仿骨髓的柔軟度。
 

“我們想要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)可以在功能方面進(jìn)行控制和操作的系統(tǒng)，同時(shí)也要保持復(fù)制天然骨髓組織的柔軟性，這一點(diǎn)至關(guān)重要。”

– Alessandra Balduini 教授
帕維亞大學(xué)

并非所有的生物材料都適用于血小板，因?yàn)橛行┥�物材料�?huì)阻礙巨核細(xì)胞產(chǎn)生血小板，或?qū)е滦滦纬傻难�小板過(guò)早耗盡。此外，3D結(jié)構(gòu)需要由細(xì)胞外成分組成，以支持巨核細(xì)胞的分化，而不會(huì)對(duì)血小板產(chǎn)生不利影響。

利用先前資源的潛力
帕維亞的團(tuán)隊(duì)利用了他們?cè)诮z綢方面的經(jīng)驗(yàn)，并結(jié)合了CELLINK在生物打印領(lǐng)域的專業(yè)知識(shí)，開(kāi)發(fā)出一種基于絲綢的新型生物墨水配方。所使用的絲綢是由家蠶繭生產(chǎn)的天然生物材料。這種蛋白質(zhì)因其自組裝能力、強(qiáng)大的機(jī)械性能、生物相容性和生物降解性而特別適合用于血小板的生物打印。

該團(tuán)隊(duì)成功地使用 BIO X 將患者的造血干細(xì)胞和祖細(xì)胞3D生物打印成液體絲基生物墨水，然后固化，維持結(jié)構(gòu)，并支持血小板產(chǎn)生的生理過(guò)程。與其他研究相比，該模型顯示出優(yōu)越的血小板產(chǎn)量，這歸因于其對(duì)骨髓特征的準(zhǔn)確模仿。

“先進(jìn)的生物打印技術(shù)和絲素蛋白生物材料的融合使我們能夠創(chuàng)建一種尖端的骨髓模型，允許體外巨核細(xì)胞生成和血小板生產(chǎn)。這標(biāo)志著在治療血小板減少等導(dǎo)致血小板計(jì)數(shù)低的疾病方面取得了個(gè)性化藥物方面的突破。”

– Pierre Alexandre Laurent博士，CELLINK

在CELLINK總部，哥德堡的團(tuán)隊(duì)合影

通過(guò)開(kāi)發(fā)一種新的生物墨水并將生物打印納入他們的項(xiàng)目，該團(tuán)隊(duì)能夠標(biāo)準(zhǔn)化和簡(jiǎn)化功能性3D骨髓模型的生產(chǎn)。這意味著該模型可以作為制藥行業(yè)的一種新的篩選技術(shù)，用于預(yù)測(cè)化合物對(duì)血小板數(shù)量或功能的治療效果。評(píng)估有效藥物是一個(gè)代價(jià)高昂的過(guò)程，因?yàn)閯?dòng)物模型通常被證明是人類結(jié)果的不可靠預(yù)測(cè)因素。生物打印模型提供了一個(gè)精細(xì)的離體篩選系統(tǒng)，用于評(píng)估新治療藥物的療效。
 

“通過(guò)生物打印，我們獲得了持續(xù)調(diào)節(jié)關(guān)鍵打印參數(shù)的能力，例如溫度、細(xì)胞計(jì)數(shù)和結(jié)構(gòu)。這使我們能夠精確控制血小板的產(chǎn)生，從而開(kāi)發(fā)出一種能夠有效測(cè)試藥物療效的系統(tǒng)。”

–Alessandra Balduini 教授
帕維亞大學(xué)